摘要：對汽車涂裝車間中的VOCs貢獻量進行逐工位分析，同時將溶劑型和水性涂料的VOCs排放量進行對比,闡明使用水性噴涂工藝能夠大大減少VOCs的排放.同時,對涂裝線體VOCs排放減少提出建議措施，說明整改方向。

關鍵詞：涂裝;VOCs;換色

0前言

我國工業經濟進入了快速發展的階段，伴隨而來的環境污染特別是大氣污染問題受到廣泛關注，減少大氣污染成已經為一個社會問題。汽車涂裝在汽車制造的四大工藝中，屬于高能耗高污染的工藝過程。汽車整車廠的大氣污染減排主要集中在涂裝車間，是VOCs的排放大戶。因此，我們需要對涂裝車間的排放進行分析，通過工藝改善和新技術的應用來減少VOCs的排放，以此來保護環境，是一項利國利民的工作。

1、VOCs定義與現狀

VOCs是空氣中普遍存在且組成復雜的一類有機污染物的統稱，主要包括烷烴、烯烴和芳香烴以及各種含氧烴、鹵代烴、氮烴、硫烴、低沸點多環芳烴等物質，簡稱VOCs(volatileorganiccompounds揮發性有機化合物)。這是國際上通用的對涂料產品中VOCs的定義，其實質是在于涂料產品在接觸大氣的正常溫度和壓力下，能自行蒸發的任何有機液體或固體。通常將涂料產品中在常壓下沸點不大于250℃的任何有機化合物都定義為揮發性有機化合物(VOCs)。

VOCs對大氣造成的危害主要有如下3個方面：1)部分具有毒性和致癌性，危害人體健康;2)VOCs中的碳氫化物與氮氧化合物在紫外線的作用下反應生成臭氧，可導致大氣光化學煙霧事件發生，危害人類健康和植物生長;3)參與大氣中二次氣溶膠的形式，形成的二次期溶膠多在細顆粒，不易沉降，能較長時間滯留于大氣中，對光線的散射力較強，從而顯著降低大氣能見度。近年來大氣環境出現的霾污染，臭氧及酸雨等，與VOCs排放有直接的關系。

隨著汽車工業的快速發展，涂裝車間的VOCs排放也受到廣泛關注，也得到越來越多關注和研究。對于涂裝車間的VOCs排放總量，是指在涂裝過程中使用的各種涂料及溶劑所含VOCs總量減去經回收或二次燃燒等處理的VOCs量，也就是直接排放到大氣中的VOCs總量，以kg計算。而VOCs排放是衡量汽車涂裝清潔生產標準的指標，與汽車表面面積有關系，是指單位汽車車身涂裝所產生的VOCs含量，以g/m2為計量單位。2006年后，我國頒布了HJ/T293—2006《清潔生產標準汽車制造業(涂裝)》，其中將汽車制造業(涂裝)生產過程清潔生產水平劃分為三級技術指標。

2、典型3C2B涂裝工藝流程和VOCs排放組成

2.1典型3C2B涂裝工藝流程及VOCs排放組成

典型的涂裝工藝流程為電泳、中涂和面涂以及烘烤工藝，其中在各工位幾乎都有VOCs排放。

在當今工藝水平下，對不同工位的VOCs的處理和回收有不同的方法，對于噴漆室和流平室中因排氣量大，VOCs濃度低，處理很困難，所以一般采取高空(50米以上)排放;而烘干室中VOCs濃度高，一般都采用直接燃燒法，并回收熱量綜合利用。通過對材料以及利用率計算發現：電泳過程中的VOCs排放非常少，絕大部分VOCs排放產生在噴漆系統中(約占整個涂裝車間VOCs排放量的85%);噴涂系統中70-80%的VOCs產生于噴涂過程和流平過程，10-20%的VOCs產生于烘烤過程中，由于烘干室中燃燒分解，因此排放量相對也不多。下面對各工位的VOCs排放量進行計算。

2.2典型3C2B溶劑型涂裝VOCs排放研究

某汽車涂裝車間建于2000年，采用溶劑型3C2B工藝生產，結合單臺材料消耗量以及噴涂工藝，對該涂裝線體的VOCs排放進行研究。

2.2.1關于噴漆室中VOCs的研究

由于噴漆過程中利用率不同,導致所噴漆不是100%沉積成漆膜,綜合機器人噴涂和手工噴涂,取利用率為50%,假設單臺消耗漆量為M，那么噴涂過程中，沉積成漆膜的量為0.5M,揮發在噴漆室中的量也為0.5M。而對于沉積成漆膜的部分在流平室中又有部分溶劑的揮發。對此部分的揮發量可以結合烘干室的揮發量一起來研究。

2.2.2關于流平后進入烘干室時的VOCs含量實際測量的研究

對于溶劑型涂料,研究濕膜進入烘干室中的VOCs含量,實際上我們要研究的就是濕膜固體份。為此，我們對此溶劑型線體的中涂、金屬漆1、和清漆在進入烘干室前和烘干室后的排放比例進行檢測。

試驗方法如下：

1)取紙板為托板，將事先稱重的鋁箔W1置于紙板上

2)將鋁箔與紙板貼于試驗用的車上，進行噴漆處理

3)按生產線生產節拍進行流平，在進入烘干室之前取下，將鋁箔取下對折，對折時，漆膜在里對折一下，為防止溶劑揮發，把對折后的鋁箔進行折邊，然后稱重記W2

4)將稱重后的鋁箔的折邊全部打開，在化驗室用烘箱烘烤140℃×20min。烘烤后進行稱重W3

5)計算烘烤排放比例=W2-W3/W2-W1

利用上述方法，對中涂、色漆和清漆分別進行測量。可以得出中涂和清漆流平室揮發物取60%，色漆取70%計算。

所以：烘干室中VOCs揮發量為：中涂、清漆：0.5M×40%÷M=20%;色漆為0.5M×30%÷M=15%

噴漆室和流平室合計揮發量為：中涂、清漆：80%;色漆為75%

依據上述數字，對溶劑型3C2B工藝VOCs排放情況進行研究和計算。

說明：以上計算中，結合該車間的各層漆膜進入烘干室前的濕膜固體份，計算噴涂時VOCs排放的比例分別是，電泳為70%;PVC膠為1%;中涂和清漆為80%;色漆為75%;其余清洗溶劑以及防腐蠟等均為100%。烘干室使用TNV廢氣燃燒處理系統，通過將有害氣體中的可燃組份燃燒氧化分解成CO2和H2O，VOCs除去率按95%計算。

該車間生產產品的電泳面積為90m2;則VOCs排放7.13/臺，最終單臺VOCs排放量為79.22g/m2。達到國內清潔生產基本水平標準。

從以上數據分析來看，VOCs貢獻量最大的是色漆噴涂以及清洗溶劑環節。因此同時對另外一個典型3C2B水性涂裝車間的VOCs排放進行研究。

2.3典型3C2B水性型涂裝VOCs排放研究

該車間采用水性涂料工藝，中涂和清漆、色漆噴涂時VOCs排放取80%;該車間生產產品的電泳面積為100m2,則VOCs排放2.33kg/臺，最終單臺VOCs排放量為23.3g/m2。明顯低于溶劑型涂裝工藝。能達到國內清潔生產先進水平標準。

說明：以上計算與金屬色漆的顏色不同而不同，同時涉及到稀釋率，在最終VOCs排放量會因不同面漆(單色漆和金屬漆，以及金屬漆的顏色)不同而不同。

3、VOCs減少措施建議

通過綜合分析，VOCs貢獻量最大的部分就是溶劑型涂料的清洗溶劑和稀釋劑，因此重點從此方面進行改善：

采用低VOCs或無VOCs的環境友好型涂料(高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料等)替代溶劑型涂料。但是此類措施需要進行涂裝生產線改造，難度較大。適宜于新規劃的生產車間。

合理安排生產，減少換色時溶劑的使用量。此措施是在已有生產線上適時最簡單的措施，通過管理提升來達到降低VOCs的目的。其主要措施是通過在面漆前設計換色編組,進行同色集中噴涂，減少換色次數，以此達到減少換色溶劑的使用量的目的。

以某生產線為例，沒有進行同色編組時采用的是以總裝裝配車型順序進行噴涂，公司通過管理優化，在涂裝車間設置適當在產車輛，在面漆前進行同色編組，同色集中噴涂。

鑒于在實際生產過程中機器人同一顏色連續噴涂的最大臺數為30-50臺，同時對實際生產過程中了解到，35臺時不需要進行換色，因此每35臺必須清洗一次是避免不了的，因此按照35臺清洗一次對兩周之內的產品進行排序，對優化前后換色進行對比。

提高生產管理能力，提高涂裝一次成品合格率。修補漆量少換色次數多，導致清洗溶劑增多，也是VOCs排放的重要組成部分。提高全員質量意識，從保潔、前道工序進行質量控制，做到“不接收、不創造、不傳遞”不合格品，加強對工序質量的控制，提高技術水平和熟練程度，減少修補和返工，提高成品合格率。

提高涂著效率。尤其是提高噴涂作業場合的涂著效率。使用機器人噴涂代替人工噴涂，減少過噴涂量。在舊線體可以使用靜電噴漆替代空氣噴涂，新線體可以采用內板機器人噴涂替代人工噴涂，同時對整車的內外飾件裝配情況，合理設計內板噴涂的區域以及厚度。而對于內板漆膜厚度要求一般控制為中涂15-20μm;色漆10-15μm;清漆20-30μm，低于外部漆膜厚度。

加強VOCs排放的末端治理。涂裝車間設置廢氣處理裝置，減少污染大氣的VOCs的散發量。VOCs一般都是可燃性的或易燃的有機化合物，采用直接燃燒法，觸媒燃燒或吸附法進行廢氣處理。在采用燃氣、燃油作為烘干室熱源的場合，烘干室廢氣一般都采用直接燃燒法，并回收熱量綜合利用。涂裝噴漆室的廢氣，一般因排氣量大，VOCs濃度低，處理很困難，現用吸附法與燃燒法配套的處理裝置，此種情況適合于干式噴漆室。

4、結語

綜上所述，汽車涂裝工藝是汽車主機廠產生VOCs排放最大的車間，減少VOCs排放，對保護環境和人類的身體健康有非常重大的意義。因此，需要結合具體的涂裝工藝，汽車主機廠、材料廠家和設備廠家等多方合作，結合工藝過程中的污染物產生情況，合理地設計和規劃，減少污染物的排放，爭取將汽車涂裝工藝過程中的VOCs排放降低到最低程度以達到保護環境的目的。